抽水蓄能电站拦污栅的流激振动机制研究

摘要

抽水蓄能电站拦污栅在抽水和发电两种工况下要承受频繁变化的双向水流作用,由于栅前来流扩散不充分、栅前平均流速较高、栅条与来流冲角较大以及栅前流速分布不均匀等原因,会在栅叶上形成旋涡的释放,从而诱生横向的推力和顺流向的曳引力,进而引起拦污栅构件的疲劳破坏或强烈振动破坏.本文对圆柱形和矩形栅条的流激振动机制进行了总结与分析.当圆柱形栅条的自振频率与旋涡脱落频率并不相近时,圆柱的振动是尾涡激振力引起的强迫振动,激振频率就是旋涡脱落频率;但当圆柱的自振频率和旋涡脱落频率相近时,圆柱振动对尾流有很强的整理作用,沿圆柱体轴线旋涡脱落的相关性显著增强,即旋涡沿柱体的全跨度在同一时间、以相同频率均匀地脱落,旋涡激振力增大,脱落频率和振动频率同步.此外,本文分析了矩形栅条的三种旋涡释放机制(前缘释放涡(Leading-Edge Vortex Shedding,LEVS)、冲击前缘涡(Impinging Leading-Edge Vortices.ILEV)与尾缘释放涡(Trailing-Edge Vortex Shedding,TEVS)),研究了三种类型的棱柱形栅条(矩形截面,前缘为半圆形的矩形截面,以及前、后缘均为半圆形的矩形截面)的旋涡释放频率,(斯特罗哈数Sh)与参数e/d(e、d分别是栅条截面沿顺流向与横流向的长度)和攻角α的函数关系.